Brasagem de alumínio e ligas de alumínio: explicada

1. Brazabilidade

A brasabilidade do alumínio e das ligas de alumínio é baixa, principalmente porque a película de óxido na superfície é difícil de remover. O alumínio tem uma forte afinidade com o oxigênio e forma facilmente um filme de óxido Al2O2 denso, estável e de alto ponto de fusão na superfície.

As ligas de alumínio contendo magnésio também formam um filme de óxido Mgo muito estável. Eles prejudicam seriamente a molhabilidade e o espalhamento da solda e são difíceis de remover. Somente usando fluxo adequado o processo de brasagem pode ser realizado.

Além disso, a dificuldade de operação da brasagem de alumínio e ligas de alumínio é alta. O ponto de fusão do alumínio e das ligas de alumínio não é muito diferente do ponto de fusão da solda dura utilizada, e a faixa de temperatura disponível para brasagem é muito estreita.

O controle inadequado da temperatura pode facilmente causar superaquecimento ou até mesmo derretimento do material de base, dificultando o processo de brasagem. Algumas ligas de alumínio tratadas termicamente podem sofrer envelhecimento excessivo ou amolecimento por recozimento devido ao aquecimento da brasagem, resultando em uma diminuição no desempenho da junta soldada.

Na brasagem por chama, não é fácil avaliar a temperatura devido à cor inalterada da liga de alumínio durante o aquecimento, o que também aumenta a exigência do nível de habilidade do operador.

Além disso, a resistência à corrosão das juntas soldadas de alumínio e ligas de alumínio é facilmente afetada pela solda e pelo fluxo utilizados. O potencial do eletrodo do alumínio e das ligas de alumínio difere muito daquele da solda, o que reduz a resistência à corrosão da junta, especialmente para juntas soldadas macias.

Além disso, a maioria dos fluxos utilizados na brasagem de alumínio e ligas de alumínio são altamente corrosivos e, mesmo que sejam limpos após a brasagem, o impacto do fluxo na resistência à corrosão da junta não pode ser completamente eliminado.

2. Materiais de Brasagem

(1) Solda:

A soldagem suave de alumínio e ligas de alumínio não é comumente usada porque a diferença na composição e no potencial do eletrodo entre a solda e o material de base na soldagem suave pode facilmente causar corrosão eletroquímica na junta.

Soldas à base de zinco e soldas de estanho-chumbo são usadas principalmente para soldagem suave, que pode ser dividida em soldas macias de baixa temperatura (150-260°C), soldas macias de média temperatura (260-370°C) e altas. soldas suaves de temperatura (370-430°C) de acordo com a faixa de temperatura de uso.

Quando a solda de estanho-chumbo é usada para brasagem e cobre ou níquel são pré-revestidos na superfície do alumínio, a corrosão na interface pode ser evitada, melhorando assim a resistência à corrosão da junta.

A soldagem dura de alumínio e ligas de alumínio é amplamente utilizada, como guias de filtros, evaporadores, dissipadores de calor e outros componentes.

Somente solda à base de alumínio pode ser usada para soldagem dura de alumínio e ligas de alumínio, entre as quais a solda de alumínio-silício é a mais utilizada. A faixa específica de aplicação e a resistência ao cisalhamento das juntas soldadas são mostradas na Tabela 8 e Tabela 9, respectivamente.

No entanto, o ponto de fusão dessas soldas é próximo ao do material base, portanto a temperatura de aquecimento deve ser controlada de forma estrita e precisa durante a brasagem para evitar superaquecimento ou derretimento do material base.

Tabela 8: Faixa aplicável de soldas duras para alumínio e ligas de alumínio

Tabela 9: Resistência ao cisalhamento de juntas de alumínio e liga de alumínio soldadas com solda de alumínio-silício

Os materiais de brasagem de alumínio-silício são normalmente fornecidos na forma de pó, pasta, arame ou folha metálica. Em alguns casos, é utilizada uma placa composta de brasagem, que consiste em um núcleo de alumínio e um material de brasagem de alumínio-silício como camada de revestimento. Esta placa composta é produzida usando métodos hidráulicos e é comumente usada como componente de montagens soldadas.

Durante a brasagem, o material de brasagem na placa composta derrete e flui para preencher as lacunas das juntas, auxiliado pela ação capilar e pela gravidade.

(2) O fluxo e o gás de proteção são comumente usados ​​na brasagem suave de alumínio e ligas de alumínio.

A brasagem de alumínio e ligas de alumínio geralmente requer o uso de fluxos especializados para remover filmes de óxido. Fundentes orgânicos à base de trietanolamina, como o FS204, são usados ​​com ligas de brasagem de baixa temperatura.

Esses fluxos têm a vantagem de corrosão mínima no material de base, mas geram uma grande quantidade de gás durante o fluxo, o que pode afetar o umedecimento e o enchimento do material de brasagem.

Fluxos reativos à base de cloreto de zinco, como FS203 e FS220A, são usados ​​com ligas de brasagem de média e alta temperatura. Os fluxos reativos possuem fortes propriedades corrosivas e seus resíduos devem ser cuidadosamente limpos após a brasagem.

A brasagem dura de alumínio e ligas de alumínio ainda depende da remoção de fluxo. Os fluxos de brasagem utilizados incluem fluxos à base de cloreto e fluxos à base de flúor. Os fluxos à base de cloreto têm forte capacidade de desoxidação e boa fluidez, mas têm um efeito corrosivo significativo no material de base, portanto seus resíduos devem ser completamente removidos após a brasagem.

Os fluxos à base de flúor são um novo tipo de fluxo com bons efeitos desoxidantes e nenhum efeito corrosivo no material de base. No entanto, eles têm um alto ponto de fusão e baixa estabilidade térmica, e só podem ser usados ​​em combinação com materiais de brasagem de alumínio-silício.

Na brasagem dura de alumínio e ligas de alumínio, atmosferas de vácuo, neutras ou inertes são comumente usadas. Na brasagem a vácuo, o nível de vácuo geralmente deve atingir a ordem de 10-3 Pa. Ao usar proteção de nitrogênio ou argônio, são necessários alta pureza e baixo ponto de orvalho abaixo de -40 ℃.

3. Técnicas de Brasagem

A brasagem de alumínio e ligas de alumínio requer alta limpeza da superfície da peça. Para obter boa qualidade, os filmes superficiais de óleo e óxido devem ser removidos antes da brasagem. O óleo da superfície pode ser removido lavando com carbonato de sódio (Na₂CO₃) solução de água a uma temperatura de 60-70°C por 5-10 minutos, seguida de enxágue com água limpa.

Os filmes de óxido de superfície podem ser removidos por imersão em uma solução aquosa de hidróxido de sódio (NaOH) a uma temperatura de 20-40°C por 2-4 minutos, seguida de enxágue com água quente.

Após a remoção dos filmes superficiais de óleo e óxido, a peça deve ser tratada com ácido nítrico (HNO₃) solução de água por 2 a 5 minutos, enxaguada em água corrente e seca ao ar. Após estes tratamentos, a peça não deve ser tocada manualmente ou contaminada com outra sujeira, e a brasagem deve ser realizada dentro de 6 a 8 horas, de preferência imediatamente, se possível.

Os métodos de brasagem suave para alumínio e ligas de alumínio incluem principalmente brasagem por chama, brasagem com ferro de solda e brasagem em forno. Esses métodos geralmente usam fluxo e têm requisitos rígidos quanto à temperatura de aquecimento e tempo de retenção.

Na brasagem com chama e ferro de solda, o aquecimento direto do fluxo deve ser evitado para evitar superaquecimento e falha do fluxo. Como o alumínio pode se dissolver em solda com alto teor de zinco, o aquecimento deve ser interrompido assim que a junta estiver formada para evitar a dissolução do material de base.

Em alguns casos, a brasagem suave de alumínio e ligas de alumínio é realizada sem fluxo, utilizando métodos ultrassônicos ou de fricção para remoção do filme de óxido. Ao usar a remoção por fricção para brasagem, a peça de trabalho é primeiro aquecida até a temperatura de brasagem e, em seguida, a extremidade da haste de brasagem (ou ferramenta de fricção) é usada para raspar a área de brasagem da peça de trabalho. Isto quebra a película de óxido da superfície e permite que o material de brasagem derreta e molhe o material de base.

Os métodos de brasagem dura para alumínio e ligas de alumínio incluem brasagem por chama, brasagem em forno, brasagem por imersão, brasagem a vácuo e brasagem com proteção de gás. A brasagem por chama é comumente usada para peças de pequeno porte e produção de peça única.

Para evitar que as impurezas do gás acetileno entrem em contato com o fluxo e causem falha no fluxo, é aconselhável usar uma chama de ar comprimido com gasolina e reduzir ligeiramente a chama para evitar a oxidação do material de base.

Em processos específicos de brasagem, o fluxo e o material de brasagem podem ser pré-colocados na junta, aquecidos junto com a peça de trabalho, ou a peça de trabalho pode ser aquecida primeiro à temperatura de brasagem e, em seguida, o material de brasagem com fluxo pode ser aplicado à brasagem área.

Depois que o fluxo e o material de brasagem forem derretidos e a junta de brasagem estiver preenchida uniformemente, a chama de aquecimento pode ser gradualmente removida.

Na brasagem de alumínio e ligas de alumínio em forno a ar, o material de brasagem deve ser pré-carregado e o fluxo deve ser derretido em água destilada para formar uma solução concentrada com uma concentração de 50% -75%.

Esta solução pode então ser aplicada ou pulverizada sobre a superfície de brasagem, ou uma quantidade adequada de fluxo de pó pode ser aplicada ao material e à superfície de brasagem. A peça montada é então colocada no forno para aquecimento e brasagem. Para evitar o superaquecimento ou mesmo o derretimento do material base, a temperatura de aquecimento deve ser rigorosamente controlada.

A brasagem por imersão de alumínio e ligas de alumínio normalmente usa materiais de brasagem em pasta ou folha. A peça montada é pré-aquecida a uma temperatura próxima à temperatura de brasagem antes de ser mergulhada no fluxo para brasagem.

Durante a brasagem, a temperatura e o tempo de brasagem devem ser rigorosamente controlados. Se a temperatura for muito alta, o material de base estará sujeito à dissolução e o material de brasagem estará sujeito à perda.

Se a temperatura for muito baixa, o material de brasagem poderá não derreter adequadamente, resultando em uma taxa de brasagem mais baixa.

A temperatura de brasagem deve ser determinada com base no tipo e tamanho do material de base, composição e ponto de fusão do material de brasagem e outros fatores específicos, geralmente variando entre a temperatura liquidus do material de brasagem e a temperatura solidus do material de base.

O tempo de imersão da peça no banho de fluxo deve garantir que o material de brasagem esteja totalmente derretido e flua. O tempo não deve ser muito longo, pois o elemento de silício no material de brasagem pode difundir-se no metal base, causando fragilização nas proximidades da junta.

A brasagem a vácuo de alumínio e ligas de alumínio geralmente utiliza ativadores de metal para transformar a película de óxido superficial do alumínio, garantindo umedecimento e espalhamento do material de brasagem.

O magnésio pode ser colocado diretamente na peça de trabalho na forma granular, introduzido como vapor na zona de brasagem ou adicionado como elemento de liga ao material de brasagem de alumínio-silício.

Para estruturas complexas, para garantir o efeito total do vapor de magnésio no material de base e melhorar a qualidade da brasagem, são frequentemente tomadas medidas de blindagem local.

Isto envolve colocar a peça em uma caixa de aço inoxidável (comumente conhecida como caixa de processo) e depois aquecê-la em um forno a vácuo para brasagem.

A brasagem a vácuo de juntas de alumínio e ligas de alumínio produz superfícies lisas, costuras de brasagem densas e não há necessidade de limpeza pós-brasagem.

No entanto, o equipamento de brasagem a vácuo é caro e o vapor de magnésio pode contaminar gravemente o forno, exigindo limpeza e manutenção frequentes.

Ao brasar alumínio e ligas de alumínio em uma atmosfera neutra ou inerte, ativadores ou fluxo de magnésio podem ser usados ​​para remoção de película de óxido. Ao usar ativadores de magnésio, a quantidade necessária de magnésio é muito menor em comparação com a brasagem a vácuo, geralmente em torno de 0,2%-0,5% (em peso).

Um teor mais elevado de magnésio pode diminuir a qualidade da articulação. O método de brasagem Nocolok, que utiliza fluxo à base de flúor e proteção com gás nitrogênio, foi desenvolvido rapidamente nos últimos anos. Os resíduos de fluxos à base de flúor não absorvem umidade e não são corrosivos ao alumínio.

Portanto, a etapa de remoção de resíduos de fluxo após a brasagem pode ser omitida. Com proteção contra gás nitrogênio, uma pequena quantidade de fluxo à base de flúor pode ser aplicada e o material de brasagem pode molhar bem o material de base, resultando em juntas soldadas de alta qualidade. Este método de brasagem Nocolok tem sido amplamente utilizado na produção em lote de componentes, como radiadores de alumínio.

Para alumínio e ligas de alumínio brasadas com outros fluxos que não os à base de flúor, os resíduos do fluxo devem ser completamente removidos após a brasagem. Os resíduos de fundentes orgânicos para alumínio podem ser lavados com solventes orgânicos como metanol ou tricloroetileno, seguido de neutralização com solução aquosa de hidróxido de sódio e finalmente enxaguados com água quente e fria.

Os resíduos de fluxo à base de cloreto da brasagem dura de alumínio podem ser removidos mergulhando-os em água quente a 60-80°C por 10 minutos, esfregando cuidadosamente os resíduos na costura soldada com uma escova e enxaguando com água fria. Em seguida, mergulhe em uma solução aquosa de ácido nítrico a 15% por 30 minutos e enxágue com água fria.